萨凡纳·米切姆，阿尔贡国家实验室 欧洲粒子物理研究所螺线管光谱仪内部观察
学分:阿尔贡国家实验室 核物理领域的一个长期未解之谜是，为什么宇宙是由我们在周围看到的特定物质组成的
换句话说，为什么是用“这个”东西做的，而不是其他东西？ 特别令人感兴趣的是产生重元素(如金、铂和铀)的物理过程，这被认为发生在中子星合并和爆发恒星事件期间
来自美国的科学家
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能源部阿贡国家实验室领导了欧洲核子研究中心(欧洲核研究组织)进行的一项国际核物理实验，该实验利用阿贡开发的新技术来研究宇宙中重元素的性质和起源
这项研究可能会对共同创造奇异原子核的过程提供重要的见解，并将为恒星事件和早期宇宙的模型提供信息
参与合作的核物理学家是第一个观察到质子数少于铅、中子数多于126的原子核的中子壳层结构的人，这是核物理领域的“神奇数字”
在这些幻数中，8、20、28、50和126是标准值，原子核具有增强的稳定性，就像惰性气体具有封闭的电子层一样
中子数超过126的原子核很大程度上还没有被探索过，因为它们很难产生
对它们行为的了解对于理解快速中子俘获过程(r过程)至关重要，这一过程产生了宇宙中的许多重元素
r过程被认为发生在极端的恒星条件下，如中子星合并或超新星
在这些富含中子的环境中，原子核可以迅速生长，在中子有机会衰变之前，俘获中子产生新的更重的元素
这项实验的重点是汞同位素207汞
对207汞的研究可以揭示其近邻的性质，这些原子核直接参与反应过程的关键方面
“本世纪最大的问题之一是元素在宇宙开始时是如何形成的，”阿尔贡物理学家本·凯说，他是这项研究的首席科学家
“这很难研究，因为我们不能直接从地球上挖出一颗超新星，所以我们必须创造这些极端环境，并研究其中发生的反应
" 为了研究207汞的结构，研究人员首先使用了瑞士日内瓦欧洲粒子物理研究所的HIE-ISOLDE设施
一束高能质子射向熔化的铅靶，由此产生的碰撞产生了数百种外来的放射性同位素
然后，他们从其他碎片中分离出206千兆赫的原子核，并使用欧洲粒子物理研究所的HIE-ISOLDE加速器产生了该加速器设施中迄今为止最高能量的原子核束
然后，他们将光束聚焦在新的ISOLDE Solenoidal光谱仪(ISS)内的氘靶上
凯说:“没有其他设施能制造出这么大质量的水星光束，并把它们加速到这些能量。”
“这一点，再加上国际空间站卓越的分辨能力，让我们第一次观察到了207Hg的激发态光谱
" 国际空间站是一个新开发的磁谱仪，核物理学家用它来探测206千克原子核捕获一个中子并变成207千克的情况
光谱仪的螺线管磁体是澳大利亚一家医院回收的4特斯拉超导核磁共振磁体
由于英国领导的利物浦大学、曼彻斯特大学、达尔斯伯里实验室和比利时库·鲁汶大学的合作者之间的合作，它被转移到欧洲粒子物理研究所并安装在国际粒子物理研究所
氘是氢的一种稀有重同位素，由一个质子和一个中子组成
当206Hg从氘靶中捕获一个中子时，质子反冲
在这些反应过程中发射的质子到达国际空间站的探测器，它们的能量和位置产生了关于原子核结构以及它是如何结合在一起的关键信息
这些性质对r过程有重大影响，其结果可以为核天体物理模型中的重要计算提供信息
国际空间站使用了由阿尔贡杰出研究员约翰·希弗提出的开创性概念，该概念是作为实验室的螺旋轨道分光计HELIOS而建造的——该仪器启发了国际空间站分光计的发展
HELIOS允许对曾经无法研究的核特性进行探索，但由于HELIOS，自2008年以来一直在阿尔贡进行探索
欧洲粒子物理研究所的ISOLDE设备可以产生原子核束，补充阿尔贡能产生的原子核束
在过去的一个世纪里，核物理学家已经能够从轻离子束撞击重目标的碰撞研究中收集关于原子核的信息
然而，当重光束击中轻目标时，碰撞的物理性质会变得扭曲，更难解析
阿尔贡的HELIOS概念是消除这种失真的解决方案
凯说:“当一个光束炮弹击中一个脆弱的目标时，运动学就会改变，产生的光谱就会被压缩。”
“但约翰·希弗意识到，当碰撞发生在磁体内部时，发射的质子以螺旋模式向探测器行进，通过数学‘技巧’，这展开了运动压缩，产生了揭示底层核结构的未压缩光谱
" 对欧洲核子研究中心实验数据的首次分析证实了当前核模型的理论预测，该团队计划利用这些新能力研究207汞柱区域的其他原子核，从而对核物理和r过程的未知区域有更深入的了解
这项研究的结果发表在《物理评论快报》2月13日的一篇文章中，文章标题为“铅以下和N = 126以上中子壳结构的首次探索”
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